mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-EOE-2663mimmun-2663Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSВлияние CFP-10/ESAT-6 секреторных протеинов на долговременную неспецифическую иммунологическую память в макрофагах мышейEffect of CFP-10/ESAT-6 secretory proteins on long-term non-specific immunological memory in mouse macrophageshttps://orcid.org/0000-0003-4897-8676ЛыковА. П.LykovА. P.

Лыков Александр Петрович – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник

630040, г. Новосибирск, ул. Охотская, 81a

Alexander P. Lykov, PhD (Medicine), Senior Research Associate

81a Okhotskaya St Novosibirsk 630040

aplykov2@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3481-3793БелогородцевС. Н.BelogorodtsevS. N.

Белогородцев Сергей Николаевич – кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник

Новосибирск

PhD (Medicine), Leading Research Associate

Novosibirsk

s.belogorodtsev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2724-9546НемковаЕ. К.NemkovaЕ. К.

Немкова Елизавета Кирилловна – аспирант, младший научный сотрудник

Новосибирск

Postgraduate Student, Junior Research Associate

Novosibirsk

elizaveta.nemkova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1776-0466ВетлугинаА.VetluginaА.

Ветлугина Анна – младший научный сотрудник

Новосибирск

Junior Research Associate

Novosibirsk

morpho.peleides.1997@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5313-7594ТереховаТ. М.TerekhovaТ. М.

Терехова Татьяна Михайловна – аспирант, младший научный сотрудник

Новосибирск

Postgraduate Student, Junior Research Associate

Novosibirsk

t.terekhova98@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3036-9795ШварцЯ. Ш.SchwartzYa. Sh.

Шварц Яков Шмульевич – заместитель директора по научной работе

Новосибирск

Deputy Director For Scientific Work

Novosibirsk

yshschwartz@mail.ruФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт туберкулеза» Министерства здравоохранения РФРоссияNovosibirsk Tuberculosis Research InstituteRussian Federation202301062023253489494Copyright © Лыков А.П., Белогородцев С.Н., Немкова Е.К., Ветлугина А., Терехова Т.М., Шварц Я.Ш., 20232023Лыков А.П., Белогородцев С.Н., Немкова Е.К., Ветлугина А., Терехова Т.М., Шварц Я.Ш.Lykov А.P., Belogorodtsev S.N., Nemkova Е.К., Vetlugina А., Terekhova Т.М., Schwartz Y.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2663

Клетки врожденного иммунитета (моноциты/макрофаги, NK) могут также развивать иммунную память, что означает, что эти клетки обучаются после их первой встречи с патогенами, так что они проявляют неспецифический иммунологический ответ на этот же или другой патоген. Бацилла Кальметта–Герена (БЦЖ) индуцирует во врожденных иммунных клетках неспецифическую врожденную память (тренированный иммунитет). Исследовали неспецифическую врожденную память в макрофагах мышей BALB/c в ответ на микобактерии, имеющие или не имеющие в геноме RD1 область. Мышей иммунизировали вакциной БЦЖ, на 7-й день выделяли перитонеальные макрофаги и стимулировали их бактериальным липополисахаридом, CFP-10 или ESAT-6. Кроме этого, мышей иммунизировали вакциной Mycobacterium tuberculosis уро-BCG (RD1-) и штаммом Mycobacterium tuberculosis H37Rv (RD1+) подкожно или внутривенно, на 4-й день выделяли перитонеальные макрофаги и стимулировали липополисахаридом. Альвеолярные макрофаги получали из эксплантатов легких мышей инфицированных Mycobacterium tuberculosis штамма H37Rv мышей, наращивали до конфлуэнтности 70-80% и далее стимулированы их липополисахаридом. В кондиционированной среде макрофагов исследовали уровень лактата, цитокинов и глюкозы. Показано, что перитонеальные макрофаги от мышей, праймированных вакциной БЦЖ, в ответ на CFP-6 и ESAT-10 увеличили уровень продукции IL-1b, TNFa и лактата (p < 0,05). Необходимо отметить тот факт, что липополисахарид также увеличивал продукцию IL-1b, TNFa и потребление глюкозы праймированными вакциной БЦЖ перитонеальными макрофагами (p < 0,05). Показано, что перитонеальные макрофаги, праймированные Уро-БЦЖ, увеличивали спонтанную продукцию IL-1b и снижали спонтанную продукцию TNFa (p < 0,05). В случае праймирования макрофагов подкожным или внутривенным способом введения Mycobacterium tuberculosis штамм H37Rv по-разному влияли на продукцию цитокинов – снижали продукцию IL-1b и увеличивали TNFa и IL-10. В ответ на липополисахарид перитонеальные макрофаги увеличивали продукцию IL-1b, TNFa, IL-10 и потребление глюкозы (p < 0,05). Способ праймирования макрофагов Mycobacterium tuberculosis штамм H37Rv также вел к разнонаправленному уровню продукции цитокинов. Было показано, что альвеолярные макрофаги сохраняли тренированный иммунитет, так, они продуцировали повышенные уровни IL-1b, TNFa, IL-10 (p < 0,05). Таким образом, макрофаги мышей сформировали фенотип тренированного иммунитета в ответ на различные типы микобактерий, который сохраняется длительное время после первичного контакта с патогеном, в частности в альвеолярных макрофагах.

Innate immune cells (monocytes/macrophages, NK) can also develop immune memory, which means that these cells are trained after their first encounter with pathogens so that they exhibit a nonspecific immunological response to the same or another pathogen. Bacilli Calmette–Gu rin (BCG) induces nonspecific innate memory (trained immunity) in innate immune cells. We examined nonspecific innate memory in macrophages of BALB/c mice in response to mycobacteria with or without the RD1 region in the genome. Mice were immunized with BCG vaccine, and peritoneal macrophages were isolated on day 7, and then stimulated with bacterial lipopolysaccharide, CFP-10, or ESAT-6. In addition, mice were immunized with Mycobacterium tuberculosis uro-BCG vaccine (RD1-) and Mycobacterium tuberculosis strain H37Rv (RD1+) subcutaneously or intravenously; peritoneal macrophages were isolated and stimulated with lipopolysaccharide on day 4. Alveolar macrophages were obtained from lung explants of mice infected with Mycobacterium tuberculosis strain H37Rv mice, were expanded to confluence 70-80% and further stimulated with lipopolysaccharide. Lactate, cytokines, and glucose levels were examined in conditioned macrophage medium. Peritoneal macrophages from mice primed with BCG vaccine were shown to increase IL-1b, TNFa, and lactate production in response to CFP-6 and ESAT-10 (p < 0.05). Of note is the fact that lipopolysaccharide also increased production of IL-1b, TNFa, and also increased glucose uptake by peritoneal macrophages primed with BCG vaccine (p < 0.05). Peritoneal macrophages primed with Uro-BCG were shown to increase spontaneous production of IL-1b and decrease spontaneous production of TNFa (p < 0.05). When macrophages were primed by subcutaneous or intravenous administration of Mycobacterium tuberculosis strain H37Rv differentially affected cytokine production, by decreasing IL-1b production and increasing TNFa and IL-10, was observed. In response to lipopolysaccharide, peritoneal macrophages increased IL-1b, TNFa, IL-10 production and glucose consumption (p < 0.05). The mode of priming of macrophages with Mycobacterium tuberculosis strain H37Rv also led to multidirectional levels of cytokine production. Alveolar macrophages were shown to retain trained immunity, as they produced elevated levels of IL-1b, TNFa, and IL-10 (p < 0.05). Thus, mouse macrophages formed a trained immunity phenotype in response to different types of mycobacteria, which persists for a long time after primary contact with the pathogen, particularly in alveolar macrophages.

вакцина БЦЖштаммы Mycobacterium tuberculosisцитокинылактатглюкозаоксид азотаBCG vaccinestrain of Mycobacterium tuberculosiscytokineslactateglucoseNOReferencesAbebe F., Belay M., Legesse M., Mihret A., Franken K.S. Association of ESAT-6/CFP-10-induced IFN-γ, TNF-α and IL-10 with clinical tuberculosis: evidence from cohorts of pulmonary tuberculosis patients, household contacts and community controls in an endemic setting. Clin. Exp. Immunol., 2017, Vol. 189, no. 2, pp. 241-249.Abebe F., Belay M., Legesse M., Mihret A., Franken K.S. Association of ESAT-6/CFP-10-induced IFN-γ, TNF-α and IL-10 with clinical tuberculosis: evidence from cohorts of pulmonary tuberculosis patients, household contacts and community controls in an endemic setting. Clin. Exp. Immunol., 2017, Vol. 189, no. 2, pp. 241-249.Bade P., Simonetti F., Sans S., Laboudie P., Kissane K., Chappat N., Lagrange S., Apparailly F., Roubert C., Duroux-Richard I. Integrative analysis of human macrophage inflammatory response related to Mycobacterium tuberculosis virulence. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 668060. doi: 10.3389/fimmu.2021.668060.Bade P., Simonetti F., Sans S., Laboudie P., Kissane K., Chappat N., Lagrange S., Apparailly F., Roubert C., Duroux-Richard I. Integrative analysis of human macrophage inflammatory response related to Mycobacterium tuberculosis virulence. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 668060. doi: 10.3389/fimmu.2021.668060.Dissel J.T., van Soolingen D. ESAT-6 and CFP-10 in clinical versus environmental isolates of Mycobacterium kansasii. J. Infect. Dis., 2005, Vol. 191, no. 8, pp. 1301-1310.Dissel J.T., van Soolingen D. ESAT-6 and CFP-10 in clinical versus environmental isolates of Mycobacterium kansasii. J. Infect. Dis., 2005, Vol. 191, no. 8, pp. 1301-1310.Feng Y., Yang X., Liu Z., Liu Y., Su B., Ding Y., Qin L., Yang H., Zheng R., Hu Z. Continuous treatment with recombinant Mycobacterium tuberculosis CFP-10-ESAT-6 protein activated human monocyte while deactivated LPS-stimulated macrophage. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2008, Vol. 365, no. 3, pp. 534-540.Feng Y., Yang X., Liu Z., Liu Y., Su B., Ding Y., Qin L., Yang H., Zheng R., Hu Z. Continuous treatment with recombinant Mycobacterium tuberculosis CFP-10-ESAT-6 protein activated human monocyte while deactivated LPS-stimulated macrophage. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2008, Vol. 365, no. 3, pp. 534-540.Ganguly N., Giang P.H., Gupta C., Basu S.K., Siddiqui I., Salunke D.M., Sharma P. Mycobacterium tuberculosis secretory proteins CFP-10, ESAT-6 and the CFP10:ESAT6 complex inhibit lipopolysaccharide-induced NF-kappaB transactivation by downregulation of reactive oxidative species (ROS) production. Immunol. Cell Biol., 2008, Vol. 86, no. 1, pp. 98-106.Ganguly N., Giang P.H., Gupta C., Basu S.K., Siddiqui I., Salunke D.M., Sharma P. Mycobacterium tuberculosis secretory proteins CFP-10, ESAT-6 and the CFP10:ESAT6 complex inhibit lipopolysaccharide-induced NF-kappaB transactivation by downregulation of reactive oxidative species (ROS) production. Immunol. Cell Biol., 2008, Vol. 86, no. 1, pp. 98-106.GarcIa E.A., Blanco F.C., Muñiz X.F., Eirin M.E., Klepp L., Bigi F. Elimination of ESAT-6 and CFP-10 from a candidate vaccine against bovine tuberculosis impaired its protection efficacy in the BALBc mouse model. Int. J. Mycobacteriol., 2020, Vol. 9, no. 4, pp. 417-421.GarcIa E.A., Blanco F.C., Muñiz X.F., Eirin M.E., Klepp L., Bigi F. Elimination of ESAT-6 and CFP-10 from a candidate vaccine against bovine tuberculosis impaired its protection efficacy in the BALBc mouse model. Int. J. Mycobacteriol., 2020, Vol. 9, no. 4, pp. 417-421.Guo S., Bao L., Qin Z.F., Shi X.X. (2010). The CFP-10/ESAT-6 complex of Mycobacterium tuberculosis potentiates the activation of murine macrophages involvement of IFN-gamma signaling. Med. Microbiol. Immunol., 2010, Vol. 199, no. 2, pp. 129-137.Guo S., Bao L., Qin Z.F., Shi X.X. (2010). The CFP-10/ESAT-6 complex of Mycobacterium tuberculosis potentiates the activation of murine macrophages involvement of IFN-gamma signaling. Med. Microbiol. Immunol., 2010, Vol. 199, no. 2, pp. 129-137.Jungblut P.R., Schaible U.E., Mollenkopf H.J., Zimny-Arndt U., Raupach B., Mattow J., Halada P., Lamer S., Hagens K., Kaufmann S.H. Comparative proteome analysis of Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis BCG strains: towards functional genomics of microbial pathogens. Mol. Microbiol., 1999, Vol. 33, no. 6, pp. 1103-1117.Jungblut P.R., Schaible U.E., Mollenkopf H.J., Zimny-Arndt U., Raupach B., Mattow J., Halada P., Lamer S., Hagens K., Kaufmann S.H. Comparative proteome analysis of Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis BCG strains: towards functional genomics of microbial pathogens. Mol. Microbiol., 1999, Vol. 33, no. 6, pp. 1103-1117.Leem A., Y., Song J.H., Lee E.H., Lee H., Sim B., Kim S.Y., Chung K.S., Kim E.Y., Jung J.Y., Park M.S., Kim Y.S., Chang J., Kang Y.A. Changes in cytokine responses to TB antigens ESAT-6, CFP-10 and TB 7.7 and inflammatory markers in peripheral blood during therapy. Sci. Rep., 2018, Vol. 8, 1159. doi: 10.1038/s41598-018-19523-7.Leem A., Y., Song J.H., Lee E.H., Lee H., Sim B., Kim S.Y., Chung K.S., Kim E.Y., Jung J.Y., Park M.S., Kim Y.S., Chang J., Kang Y.A. Changes in cytokine responses to TB antigens ESAT-6, CFP-10 and TB 7.7 and inflammatory markers in peripheral blood during therapy. Sci. Rep., 2018, Vol. 8, 1159. doi: 10.1038/s41598-018-19523-7.Mata E., Tarancon R., Guerrero C., Moreo E., Moreau F., Uranga S., Gomez A.B., Marinova D., Domenech M., Gonzalez-Camacho F., Monzon M., Badiola J., Dominguez-Andres J., Yuste J., Anel A., Peixoto A., Martin C., Aguilo N. Pulmonary BCG induces lung-resident macrophage activation and confers long-term protection against tuberculosis. Sci. Immunol., 2021, Vol. 6, no. 63, eabc2934. doi: 10.1126/sciimmunol.abc2934.Mata E., Tarancon R., Guerrero C., Moreo E., Moreau F., Uranga S., Gomez A.B., Marinova D., Domenech M., Gonzalez-Camacho F., Monzon M., Badiola J., Dominguez-Andres J., Yuste J., Anel A., Peixoto A., Martin C., Aguilo N. Pulmonary BCG induces lung-resident macrophage activation and confers long-term protection against tuberculosis. Sci. Immunol., 2021, Vol. 6, no. 63, eabc2934. doi: 10.1126/sciimmunol.abc2934.Peña D., Rovetta A.I., Hernández del Pino R.E., Amiano N.O., Pasquinelli V., Pellegrini J.M., Tateosian N.L., Rolandelli A., Gutierrez M., Musella R.M., Palmero D.J., Gherardi M.M., Iovanna J., Chuluyan H.E., García V.E. A Mycobacterium tuberculosis dormancy antigen differentiates latently infected bacillus Calmette-Guérin-vaccinated Individuals. EBioMedicine, 2015, Vol. 3, no. 8, pp. 884-890.Peña D., Rovetta A.I., Hernández del Pino R.E., Amiano N.O., Pasquinelli V., Pellegrini J.M., Tateosian N.L., Rolandelli A., Gutierrez M., Musella R.M., Palmero D.J., Gherardi M.M., Iovanna J., Chuluyan H.E., García V.E. A Mycobacterium tuberculosis dormancy antigen differentiates latently infected bacillus Calmette-Guérin-vaccinated Individuals. EBioMedicine, 2015, Vol. 3, no. 8, pp. 884-890.Rothchild A.C., Olson G.S., Nemeth J., Amon L.M., Mai D., Gold E.S., Diercks A.H., Aderem A. Alveolar macrophages generate a noncanonical NRF2-driven transcriptional response to Mycobacterium tuberculosis in vivo. Sci. Immunol., 2019, Vol. 4, no. 37, eaaw6693. doi: 10.1126/sciimmunol.aaw6693.Rothchild A.C., Olson G.S., Nemeth J., Amon L.M., Mai D., Gold E.S., Diercks A.H., Aderem A. Alveolar macrophages generate a noncanonical NRF2-driven transcriptional response to Mycobacterium tuberculosis in vivo. Sci. Immunol., 2019, Vol. 4, no. 37, eaaw6693. doi: 10.1126/sciimmunol.aaw6693.Seghatoleslam A., Hemmati M., Ebadat S., Movahedi B., Mostafavi-Pour Z. Macrophage immune response suppression by recombinant Mycobacterium tuberculosis antigens, the ESAT-6, CFP-10, and ESAT-6/CFP-10 fusion proteins. Iran. J. Med. Sci., 2016, Vol. 41, no. 4, pp. 296-304.Seghatoleslam A., Hemmati M., Ebadat S., Movahedi B., Mostafavi-Pour Z. Macrophage immune response suppression by recombinant Mycobacterium tuberculosis antigens, the ESAT-6, CFP-10, and ESAT-6/CFP-10 fusion proteins. Iran. J. Med. Sci., 2016, Vol. 41, no. 4, pp. 296-304.Vierboom M., Dijkman K., Sombroek C.C., Hofman S.O., Boot C., Vervenne R., Haanstra K.G., van der Sande M., van Emst L., Domínguez-Andrés J., Moorlag S., Kocken C., Thole J., Rodríguez E., Puente, E., Martens J., van Crevel R., Netea M.G., Aguilo N., Martin C., Verreck F. Stronger induction of trained immunity by mucosal BCG or MTBVAC vaccination compared to standard intradermal vaccination. Cell Rep. Med., 2021, Vol. 2, no. 1, 100185. doi: 10.1016/j.xcrm.2020.100185.Vierboom M., Dijkman K., Sombroek C.C., Hofman S.O., Boot C., Vervenne R., Haanstra K.G., van der Sande M., van Emst L., Domínguez-Andrés J., Moorlag S., Kocken C., Thole J., Rodríguez E., Puente, E., Martens J., van Crevel R., Netea M.G., Aguilo N., Martin C., Verreck F. Stronger induction of trained immunity by mucosal BCG or MTBVAC vaccination compared to standard intradermal vaccination. Cell Rep. Med., 2021, Vol. 2, no. 1, 100185. doi: 10.1016/j.xcrm.2020.100185.Wang J., Qie Y., Zhang H., Zhu B., Xu Y., Liu W., Chen J., Wang H. PPE protein (Rv3425) from DNA segment RD11 of Mycobacterium tuberculosis: a novel immunodominant antigen of Mycobacterium tuberculosis induces humoral and cellular immune responses in mice. Microbiol. Immunol., 2008, Vol. 52, no. 4, pp. 224-230.Wang J., Qie Y., Zhang H., Zhu B., Xu Y., Liu W., Chen J., Wang H. PPE protein (Rv3425) from DNA segment RD11 of Mycobacterium tuberculosis: a novel immunodominant antigen of Mycobacterium tuberculosis induces humoral and cellular immune responses in mice. Microbiol. Immunol., 2008, Vol. 52, no. 4, pp. 224-230.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.